5. 32-битовая локальная шина данных LocalBusD[31/00] – двунаправленная шина с Z-состоянием, подключена к нагрузочным сопротивлениям 32х10 КОм и коммутирована к сопроцессору и буферам данных DBF 82A305.
Локальные шины A[31/02], D[31/00] и XA[01/00] могут быть организованы в подсистему расширения локальной шины VESA, для использования в системе скоростных 32-битовых УВВ, минуя арбитраж.
6. 16-битовая системная шина данных IOChannelBusSD[15/00] формируется на буферах данных DBF 82A305 и двунаправленных шинных формирователях IO BUS типа 74S245.
7. Для доступа к ROM BIOS используется локальная шина RD[15/00], преобразование которой в шину IOCannelBusSD[15/00] производит второй шинный формирователь IO BUS 74S245. Системные шины доступны, если управляющая ПЛИС PAL16L8 (системный контроллер SC 82C301) декодировала одну из комбинаций управляющих сигналов, предназначенных для доступа к картам УВВ.
8. 32-битовая шина данных DRAM SystemMemoryBusMD[31/00] связывает DRAM и буфер данных DBF 82A305. Полная ширина линий MD[31/00] выведена и на специальный разъем расширения DRAM.
9. 8-битовая шина расширения данныхPeripherialBusXD[07/00] предназначена для доступа к информации периферийных портов обрамления УВВ, расположенных в контроллерах SC 82A301, MC 82A302, IPC 82C206. Для организации доступа к 8-битовым устройствам через 16-битовую магистраль IOCannelBusSD[15/00], используются два цикла обмена, в течение которых на PeripherialBusXD[07/00], через буфер I/O BUS 74S245, посылается от/к УВВ по одному байту.
В слотах УВВ имеются разъемы для набора сигналов группы интерфейсов XT/AT-BUS.
Контрольные вопросы.
1. Что связывает локальная шина микропроцессора?
2. Какую разрядность имеют локальная и системная шины данных?
3. Какую разрядность имеет локальная адресная шина микропроцессора?
4. К какому объему адресного пространства может иметь прямой доступ CPUi386?
5. Сколько байт может быть передано одновременно по системной шине ISA?
6. Сколько байт информации может быть передано одновременно в/из DRAM?
7. В чем особенность адресной шины DRAM?
8. Сколько портов ввода-вывода можно адресовать через системную шину адреса?
1.4.3 Микропроцессор
1.4.3.1) Архитектура и типы микропроцессоров
Архитектура, т. е. логическая организация микропроцессора, однозначно определяет свойства, особенности и возможности построения вычислительной системы на базе данного микропроцессора.
Современные микропроцессоры, при всем разнообразии их типов, моделей и производителей, имеют одну из трех типов архитектуры: CISC, RISC и MISC (это относится к микропроцессорам универсального, а не специального применения).
Архитектура CISC (Complex Instruction Set Computer) – командо-комплексная система управления компьютером. Отличается повышенной гибкостью и расширенными возможностями РС, выполненного на микропроцессоре, и характеризуется:
1) большим числом различных по длине и формату команд;
2) использованием различных систем адресации;
3) сложной кодировкой команд.
Архитектура RISC (Reduced Instrucktion Set Computer) – командо-однородная система управления компьютером, имеет свои особенности:
1) использует систему команд упрощенного типа: все команды имеют одинаковый формат с простой кодировкой, обращение к памяти осуществляется командами загрузки (данных из ОЗУ в регистр микропроцессора) и записи (данных из регистра микропроцессора в память), остальные используемые команды – формата регистр-регистр;
2) при высоком быстродействии допускается более низкая тактовая частота и меньшая степень интеграции СБИС VLSI;
3) команда меньше нагружает ОЗУ;
4) отладка программ на RISC более сложна, чем на CISC;
5) с архитектурой CISC программно несовместима.
Архитектура MISC (Multipurpose Instruction Set Computer) – многоцелевая командная система управления компьютером, сочетает в себе преимущества CISC и RISC. Элементная база состоит из отдельных частей (могут быть объединены в одном корпусе): основная часть (HOST – ведущая), архитектуры RISC CPU, а расширяемая часть – с подключением ПЗУ (ROM) микропрограммного управления. При этом вычислительная система приобретает свойства CISC: – основные команды работают на HOST, а команды расширения образуют адрес микропрограммы для своего выполнения. HOST выполняет команды за один такт, а расширение эквивалентно CPU со сложным набором команд (CISC). Наличие ПЗУ устраняет недостаток RISC, связанный с тем, что при компиляции с языка высокого уровня код операции (микропрограмма) уже дешифрирована и открыта для программиста.
Типы микропроцессоров.
Как известно, микропроцессоры бывают трех типов:
- однокристальные микропроцессоры,
- однокристальные микро-ЭВМ (All-In-Once – все в одном),
- секционные микропроцессоры (bit-slise - частичное расслоение).
1) Однокристальные микропроцессоры характерны тем, что:
- система команд фиксирована;
- содержат основные элементы кристалла: АЛУ, дешифратор команд, узел микропрограммного управления, узел управления обменом;
- не позволяют наращивать разрядность обрабатываемых слов каскадированием;
- шины данных, адреса, управления – мультиплексируемы.
2) Однокристальные микро-ЭВМ (ОМЭВМ) отличаются тем, что:
- кроме микропроцессора, кристалл включает в себя обрамление: ГТИ, контроллер прерываний, порты, таймер, ОЗУ, буфер команд;
- их применение очень просто (например, контроллер KBD в РС):
- вследствие низкой тактовой частоты, производительность ОМЭВМ невелика, но они и не предназначаются для высокоскоростных операций.
3) Секционные микропроцессоры характерны тем, что:
- допускают наращивание разрядности объединением одноименных линий нескольких чипов одинакового назначения;
- дезинтегрированы на отдельные компоненты АЛУ и ИМС обрамления;
- позволяют наращивать разрядность шин данных, адреса, АЛУ и объем подключаемой оперативной памяти:
- могут работать в разных системах команд, в соответствии с прошивкой микропрограмм.
Персональные компьютеры, в подавляющем большинстве выполняются на однокристальных микропроцессорах. Одни их первых, разработанные фирмой IBM, выполнялись на микропроцессорах i8088, позже – на 8086. Первый АТ-компьютер был выполнен с использованием микропроцессора i80286, после разработки фирмой Intel микропроцессоров i80386 и i80486, выпускались компьютеры типа РС-386 двух модификаций, позже PC-486 в трех модификациях. Дальнейшее развитие персональных компьютеров стало возможным после разработки и выпуска нового семейства микропроцессоров типа Pentium. Сравнительные характеристики микропроцессоров семейства 80х86 и Pentium приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1. Сравнительные характеристики однокристальных CPU семейства 80х86.
| Тип микропроцессора | Количество выводов | Fтакт МГц | Разрядность адр/дн | Быстродействие mips | Скорость обмена МВ/сек | Транзисторов 103 | |
| 8086 | 40 | 10 | 20/16 | 0,33 | 1,4 | 29 | |
| 8088 | 40 | 10 | 20/8 | 0,33 | 0,7 | 29 | |
| 80286 | 68 | 25 | 24/16 | 1,2 | 8,0 | 134 | |
| 80386DX | 132 | 40 | 32/32 | 6,0 | 66,0 | 275 | |
| 80386SX | 100 | 33 | 24/16 | 4,5 | 30,0 | 275 | |
| 80486DX | 168 | 50 | 32/32 | 20,0 | 106 | 1200 | |
| 80486SX | 168 | 33 | 32/32 | 16,5 | - | 1185 | |
| 80486DX2 | 168 | 50/66 | 32/32 | 54 | - | 1300 | |
| Pentium | 273 и более | >100 | 32/64 | >112 | >528 | 3100 и более | |
Контрольные вопросы.
1. В чем состоят особенности архитектуры CISC микропроцессора?
2. В чем достоинства и недостатки архитектуры RISC?
3. Какая архитектура микропроцессора свободна от недостатков CISC и RISC?
4. Как работает система с архитектурой MISC?
5. В чем особенности однокристальных микропроцессоров?
6. Что такое однокристальная микро-ЭВМ?
6. В чем достоинства секционных микропроцессоров?
8. Какую разрядность адреса/данных имеют микропроцессоры i386, i486?
9 В чем основное отличие микропроцессоров типа "Pentium"?
1.4.3.2). Структурная схема и функциональный набор сигналов управления CPU i386.
Структурная схема микропроцессора i386 приведена на рисунке 1.4.
сигналы сигналы
адресов и данных: управления шиной:
/BE[3/0] A[31/02] D[31/00] W/R#, D/C#, M/IO#,/LOCKADS,/NA,/BS16,/READYPU │
│ │──>├─────────────┤
│ BIU │ │ очередь │
│ │ │ команд 16б │
└──────────────────────────┬──────────────┘ └──────┬──────┘
│ ┌──────┴──────┐
┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ │ ─ ─ ─ ─┐ │ IDU │
┌────────────────────┐ │ ├─────────────┤
│ │ ┌──────────────┐│ │<───────│────────>│ очередь МкК ├──┐
│PAG │КЭШ стр.дескр.││<───┤ │ 31x100 бит │ │
│ │ └──────────────┘│ │ │ └─────────────┘ │
└───────────┬────────┘ │ ┌──────────────┐ │
│ │ │<───────│────────>│ EU │ │
┌────┴─────────────┴───┐ ├──────────────┤ │
│ │ ┌────────────────┐│ │ │┌────────────┐│ │
MMU │ SU │ КЭШ сегм. дескр.│ ││файл 32р Рг ││ │
│ │ └────────────────┘│ │ │└────────────┘│ │
└──────────────────┬───┘ │┌────────────┐│ │
└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ │ ─ ─ ─ ─┘ ││ А Л У 32р ││ │
┌──────────────┐ │ │└────────────┘│ │
│ устройство │<──────┴─────────────────>│┌────────────┐│ │
│ защиты памяти│ ││сдвигат. 64р││ │
└──────────────┘ │└────────────┘│ │
микрооперации └──────────────┘ │
^ ^ ^ ^ ^ ^ │
┌────────────┴──┴──┴──┴──┴──┴────────────┐ │
│ управление микропроцессором │<───────────────┘
└──────────────────────────────────────┬─┘
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ │
│ │ │ │ │ │ │ │
PE REQ │ /ERROR │ NMI │ │ v
/BUSY /RESET INTR HOLD HLDA
└─────────────────────────────┘ └─────────┘